DE19505233C2 - Electromagnetic valve - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an electromagnetic valve according to the Preamble of claim 1.
Zum leistungsarmen, elektrischen Schalten von Fluidströmen werden sowohl elektromagnetische Ventile als auch Ventile mit piezoelektrischen Biegewandlern verwendet. Ein Beispiel für ein derartiges Piezoventil ist in der EP-A 0 538 236 angege ben. Leistungsarme Ventile mit piezoelektrischen Biegewandlern stellen aus elektrischer Sicht einen Kondensator dar, so daß statisch auch bei angelegter Steuerspannung keine Strom- oder Leistungsaufnahme erfolgt. Um jedoch am freien Ende des Biegeelementes eine brauchbare Auslenkung zu erhalten, sind die piezoelektrischen Kapazitäten der Biegewandler relativ groß, was eine hohe Stromaufnahme bei hochfrequenten Schalt vorgängen zur Folge hat. Auch sind die für die Piezoeffekte erforderlichen Steuerspannungen wesentlich höher als die Versorgungsspannungen, die üblicherweise in den Anwendungen konventioneller Elektronikbauteile zur Verfügung stehen. Dies erfordert einen zusätzlichen Schaltungsaufwand zur Span nungswandlung und vergrößert die elektrischen Verluste.For low-power, electrical switching of fluid flows both electromagnetic valves and valves with piezoelectric bending transducers used. An example for Such a piezo valve is specified in EP-A 0 538 236 ben. Low-performance valves with piezoelectric bending transducers represent a capacitor from an electrical point of view, so that statically no current or even when control voltage is applied Power consumption takes place. However, at the free end of the Bending element to get a useful deflection the piezoelectric capacitances of the bending transducers relative large, which is a high current consumption with high-frequency switching operations. They are also for the piezo effects required control voltages much higher than that Supply voltages that are common in applications conventional electronic components are available. This requires additional circuitry to span conversion and increases electrical losses.
Elektromagnetische Ventile sind in vielfältiger Bauart bekannt und zeichnen sich durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit aus. Sie benötigen allerdings in mindestens einem Schaltzu stand einen Haltestrom und erzeugen damit eine unnötige Erwärmung der zur Krafterzeugung notwendigen elektrischen Wicklungen, was zudem mit einer relativ hohen mittleren Leistungsaufnahme verbunden ist.Electromagnetic valves are known in various designs and are characterized by high robustness and reliability out. However, you need in at least one switch withstand current and generate an unnecessary one Heating of the electrical necessary to generate power Windings, which also has a relatively high medium Power consumption is connected.
Ein Beispiel eines schnell schaltenden elektromagnetischen Ventils zeigt die EP 0 400 504 A1.An example of a fast switching electromagnetic Valve shows EP 0 400 504 A1.
Zur Realisierung kurzer Schaltzeiten und hoher Schaltfrequenzen wird keine die Ruhelage definierende Feder eingesetzt, vielmehr sind ein Elektromagnet, eine elektrische Spule und auch ein magnetischer Kreis ständig dem Fluid unter Druck ausgesetzt, und ein Absperrelement ist an einer Fläche der Magnetankerplatte befestigt und schließt bzw öffnet eine Fluidauslaßleitung und somit das elektromagnetische Ventil. Dabei wird ein Drehpunktelement aus elastischem Polymer verwendet, das indirekt das Absperrelement für das Schließen/Öffnen beaufschlagt.For Realization of short switching times and high switching frequencies no spring defining the rest position is used, rather are an electromagnet, an electrical coil and also a magnetic circuit keeps the fluid under pressure exposed, and a shut-off element is on one surface of the Magnetic anchor plate attached and closes or opens one Fluid outlet line and thus the electromagnetic valve. A pivot element is made of elastic polymer used that indirectly the shut-off element for the Closing / opening pressurized.
Die DE 24 40 565 C2 beschreibt ein elektromagnetisches Dü senklappventil, welches einen Klappanker enthält, ohne daß jedoch eine Feder vorgesehen ist, die den Klappanker mit ei ner Kraft beaufschlagt.DE 24 40 565 C2 describes an electromagnetic nozzle folding valve, which contains a folding anchor without however, a spring is provided, the egg with the hinged anchor force applied.
Ein gattungsgemäßes elektromagnetisches Ventil ist, bei spielsweise, in der DE 33 46 290 A1 beschrieben, wobei dort zwei Federn zum Einsatz kommen, nämlich eine Blattfeder, die den Klappanker gegen das Ende eines feststehenden Jochs des Elektromagneten drückt und somit die Kippachse festlegt, und eine Schraubenfeder, die den Klappanker gegen die Anziehungs kraft des Elektromagneten mit Kraft beaufschlagt.A generic electromagnetic valve is at for example, described in DE 33 46 290 A1, where there two springs are used, namely a leaf spring, the the hinged anchor against the end of a fixed yoke of the Presses electromagnets and thus defines the tilt axis, and a coil spring that holds the hinged anchor against the attraction acted upon by the force of the electromagnet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromag netisches Ventil zu schaffen, das eine geringe elektrische Leistung benötigt, hohe Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht und bei dem ein Federelement zur Realisierung einer stabilen Ruhelage eingesetzt werden kann.It is the object of the present invention to provide an electromag netic valve to create a low electrical Performance required, high switching speeds and in which a spring element to realize a stable Rest position can be used.
Diese Aufgabe wird durch ein magnetisches Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is accomplished with a magnetic valve Features of claim 1 solved. Advantageous Ausge Events are the subject of the subclaims.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Polflächen des Elektromagneten und die Kippachse in einer Ebene liegen, die Mündungsöffnung eines der Fluidauslaßkanäle in der Ebene oder in definiertem Abstand zu der Ebene der Polflächen des Elektromagneten und der Kippachse liegt, die dem Elektro magneten zugewandte Anlagefläche als die Mündungsöffnung(en) des/der Fluidauslaßkanals/Fluidauslaßkanäle unmittelbar beaufschlagende Verschließeinrichtung dient und die Federein richtung den Klappanker in der Öffnungsrichtung des Elektro magneten beaufschlagt.According to the invention it is provided that the pole faces of the Electromagnets and the tilt axis lie in one plane Mouth opening of one of the fluid outlet channels in the plane or at a defined distance from the plane of the pole faces of the Electromagnet and the tilt axis, which is the electric Contact surface facing magnets as the mouth opening (s) of the fluid outlet channel (s) directly acting closing device and the Federein direction of the hinged anchor in the opening direction of the electro magnet applied.
Nach einer weiteren Ausführungsform existiert eine Gehäuse trennfläche, die mit den Polflächen und der Kippachse in einer Ebene liegt.According to a further embodiment, a housing exists separating surface that with the pole faces and the tilt axis in one Level lies.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, einen Topfkern als Elektromagneten einzusetzen, um damit in idealer Weise parasitäre Luftspalte zu vermeiden. In a preferred embodiment of the invention provided to use a pot core as an electromagnet to thus ideally to avoid parasitic air gaps.
Dabei ist die Spule vollständig in dem Topfkern eingeschlossen und um eine Achse gewickelt, die senkrecht zur Ebene der Polflächen verläuft.The coil is completely enclosed in the pot core and wrapped around an axis perpendicular to the plane of the Pole faces runs.
Weiter bevorzugt weist der Elektromagnet einen Eisenkern aus mindestens zwei Eisenelementen auf, wobei ein Eisenelement zumindest teilweise im Inneren der Spule liegt und die Spule um eine Achse gewickelt ist, die parallel zur Ebene der Polflächen verläuft. Es wird vorgeschlagen, die Spule außer halb der Fluidkammer anzuordnen, mit dem Vorteil, in einfacher Weise die elektrischen Verbindungen realisieren zu können.The electromagnet further preferably has an iron core at least two iron elements, one iron element is at least partially inside the coil and the coil is wound around an axis parallel to the plane of the Pole faces runs. It is suggested to save the coil to arrange half of the fluid chamber, with the advantage of being simpler Way to realize the electrical connections.
Vorteilhaft ist, wenn der Klappanker die Form eines starren, vollständig ebenen Plättchens hat und aus ferromagnetischem Werkstoff besteht.It is advantageous if the hinged anchor is in the form of a rigid, completely flat plate and made of ferromagnetic Material exists.
Es sollte mindestens einer der Fluideinlaßkanäle oder Fluid auslaßkanäle in der axialen Lage senkrecht zur Ebene der Polflächen einrichtbar sein.There should be at least one of the fluid inlet channels or fluid outlet channels in the axial position perpendicular to the plane of the Pole surfaces can be set up.
Bevorzugt sind der Fluideinlaßkanal und der Fluidauslaßkanal mit Runddichtringen abgedichtet, die sowohl für eine Abdich tung der Fluidkammer als auch für eine Selbsthaltefunktion der Fluideinlaß- und -auslaßkanäle sorgen.The fluid inlet channel and the fluid outlet channel are preferred sealed with O-rings, both for sealing device of the fluid chamber as well as for a self-holding function Provide fluid inlet and outlet channels.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn zeichnet, daß der Klappanker symmetrisch bezüglich der Kipp achse ausgebildet ist. Ebenso vorteilhaft ist der Klappanker bezüglich der Kippachse ausgewuchtet. Für beide Ausführungs formen wird durch die jeweilige Maßnahme eine weitgehende Un empfindlichkeit gegen Stöße erreicht.A further advantageous embodiment is characterized thereby records that the hinged anchor symmetrical with respect to the tilt axis is formed. The hinged anchor is also advantageous balanced with respect to the tilt axis. For both execution the respective measure will shape an extensive Un sensitivity to impacts reached.
In besonders einfacher Konstruktion ist die Kippachse eine Kante der Polflächen des Elektromagneten.In a particularly simple construction, the tilt axis is one Edge of the pole faces of the electromagnet.
Vorteilhaft ist der Fluidauslaßkanal derart eingerichtet, daß ein definierter, minimal gehaltener Luftspalt zwischen den Polflächen und dem Klappanker ausgebildet ist.The fluid outlet channel is advantageously set up in such a way that a defined, minimal air gap between the Pole surfaces and the hinged anchor is formed.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht eine Nachbear beitung der Flächen im Eisenkern beispielsweise durch Schlei fen oder Läppen, da sowohl die Kippachse, die Polflächen und die Gehäusetrennbene als auch der Klappanker einander zuge wandte ebene Oberflächen aufweisen.The construction according to the invention enables rework processing of the surfaces in the iron core, for example by grinding fen or lapping, since both the tilt axis, the pole faces and the parting plane and the hinged anchor towards each other have flat surfaces.
Wesentlich ist die exakte Fertigung der Elemente des Elektro magneten, um die Luftspalte so weit wie möglich zu minimieren, da dann erst die hohen Schaltgeschwindigkeiten erreicht werden.The exact manufacture of the elements of the electrical system is essential magnets to minimize air gaps as much as possible because only then will the high switching speeds be reached become.
Es sollte der Klappanker mittels einer mechanischen Führung frei und ohne Zwangskräfte bewegbar sein. Dann kann er sich vollständig eben an die Polflächen anlegen.It should be the hinged anchor using a mechanical guide be free to move and without constraining forces. Then he can lay completely flat on the pole faces.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachstehenden Beschreibung, in der die Erfindung lediglich beispielhaft dargestellt ist. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention result based on the following description in which the invention is only shown as an example. It shows:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines elektromagne tischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfin dung in schematisierter Darstellung; Figure 1 shows a first embodiment of an electromagnetic valve according to the present inven tion in a schematic representation.
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des elektromagne tischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfin dung, ebenfalls schematisiert dargestellt. Fig. 2 shows a second embodiment of the electromagnetic valve according to the present inven tion, also shown schematically.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einem zweiteiligen Gehäuse 20 aus magnetisch nichtleiten dem Material, wobei in dessen Innerem eine Fluidkammer 18 gebildet ist, in die ein Fluideinlaßkanal 22 mündet und aus der zwei Fluidauslaßkanäle 24, 26 hinausgeführt sind, wobei diese Kanäle ebenfalls in magnetisch nichtleitendem Material ausgebildet sind. Der Elektromagnet 12 besteht aus einem Eisenkern 14 in Form eines Topfkernes und einer Spule 16 im Inneren dieses Topfkernes. Da der Eisenkern 14 aus einem Stück gefertigt ist, werden parasitäre Luftspalte in idealer Weise vermieden. Der magnetische Kreis wird über die Polflächen 28 und den Klappanker 10 geschlossen. Um die magnetischen Verluste minimal zu halten, ist eine exakte Fertigung der Polflächen 28, des Klappankers 10 und der Kippachse 32, um die sich der Klappanker 10 dreht, vorgesehen. Der Klappanker 10 hat dabei die Form eines starren, vollständig ebenen Plätt chens und ist aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt. Der Klappanker 10 kann um die Kippachse 32 reibungsfrei schwenken. Mittels einer mechanischen Führung 36 ist er in seiner Lage in der Ebene der Kippachse 32, die senkrecht zu der Ebene der Polflächen 28 liegt, gegen seitliches Verschieben gesichert. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention with a two-part housing 20 made of magnetically non-conductive material, in the interior of which a fluid chamber 18 is formed, into which a fluid inlet channel 22 opens and from which two fluid outlet channels 24 , 26 are led, these channels are also formed in magnetically non-conductive material. The electromagnet 12 consists of an iron core 14 in the form of a pot core and a coil 16 in the interior of this pot core. Since the iron core 14 is made in one piece, parasitic air gaps are ideally avoided. The magnetic circuit is closed via the pole faces 28 and the hinged armature 10 . In order to keep the magnetic losses to a minimum, an exact manufacture of the pole faces 28 , the hinged armature 10 and the tilt axis 32 about which the hinged armature 10 rotates is provided. The hinged anchor 10 has the shape of a rigid, completely flat plate and is made of ferromagnetic material. The hinged anchor 10 can pivot about the tilt axis 32 without friction. By means of a mechanical guide 36 , its position in the plane of the tilt axis 32 , which is perpendicular to the plane of the pole faces 28, is secured against lateral displacement.
Dabei ist vorteilhaft, daß der Klappanker 10 symmetrisch oder ausgewuchtet und mit geringer Masse ausgebildet sein kann, da dadurch eine sehr große Unempfindlichkeit gegenüber Stößen erreicht wird.It is advantageous that the hinged anchor 10 can be symmetrical or balanced and designed with a low mass, since it is very insensitive to shocks.
Ein Federelement 34 drückt auf den Klappanker 10, und dieser schwenkt bei nichterregter Spule 16 des Elektromagneten 12 um die Kippachse 32 und verschließt dadurch die Mündungsöffnung 30 des Fluideinlaßkanals 22. Die Fluidkammer 18 und auch beide Fluidauslaßkanäle 24, 26, die über die Fluidkammer 18 mitein ander in Verbindung stehen, sind damit druckfrei.A spring element 34 presses on the hinged armature 10 and, when the coil 16 of the electromagnet 12 is not energized, it pivots about the tilt axis 32 and thereby closes the opening 30 of the fluid inlet channel 22. The fluid chamber 18 and also both fluid outlet channels 24 , 26 , which co-exist via the fluid chamber 18 others are connected, are therefore pressure-free.
Wird die Spule 16 des Elektromagneten 12 erregt, schwenkt der Klappanker 10 plan auf die Polflächen 28 und verschließt dabei die in gleicher Ebene liegende Mündungsöffnung 30 des Fluid auslaßkanals 24. In der Fluidkammer 18 und am Fluidauslaßkanal 26 wirkt demzufolge der über den Fluideinlaßkanal 22 eintre tende Fluiddruck.If the coil 16 of the electromagnet 12 is energized, the hinged armature 10 pivots flat on the pole faces 28 and closes the mouth opening 30 of the fluid outlet channel 24 lying in the same plane. The fluid chamber 18 and the fluid outlet channel 26 consequently act upon the entry via the fluid inlet channel 22 Fluid pressure.
Die Fluideinlaßkanäle 22 und 24 sind in ihrer axialen Lage senkrecht zur Ebene der Polflächen verstellbar, so daß die Mündungsöffnung 30 des Fluidauslaßkanals 24 exakt in der Ebene der Polflächen justierbar ist und über die Einstellung der axialen Lage des Fluideinlaßkanals 22 der beim Anziehen des Elektromagneten 12 zu überwindende Luftspalt eingestellt werden kann.The fluid inlet channels 22 and 24 are adjustable in their axial position perpendicular to the plane of the pole faces, so that the mouth opening 30 of the fluid outlet channel 24 can be adjusted exactly in the plane of the pole faces and, via the adjustment of the axial position of the fluid inlet channel 22, when the electromagnet 12 is tightened overcoming air gap can be adjusted.
Der Fluideinlaßkanal 22 und der Fluidauslaßkanal 24 sind mit Runddichtringen 38 abgedichtet, um Leckstellen in der Fluid kammer 18 zu vermeiden, wobei die Runddichtringe 38 als weitere Funktion die Mündungsöffnungen 30 in ihrer justierten Lage durch Reibschluß sichern.The fluid inlet channel 22 and the fluid outlet channel 24 are sealed with O-rings 38 in order to avoid leaks in the fluid chamber 18 , the O-rings 38 as a further function securing the orifices 30 in their adjusted position by friction.
In einer Abänderung ermöglicht die Justierbarkeit der Mün dungsöffnungen desweiteren, daß die Mündungsöffnung 30 des Fluidauslaßkanals 24 auf einen minimalen Abstand oberhalb der Ebene der Polflächen eingestellt werden kann. Dadurch wird mittels eines sehr kleinen Luftspaltes ein Kleben des Klapp ankers 10 an dem Eisenkern 14 vermieden, mit der Folge, daß die Schaltgeschwindigkeit des elektromagnetischen Ventils weiter erhöht wird.In a modification, the adjustability of the opening openings Mün further allows that the mouth opening 30 of the fluid outlet channel 24 can be set to a minimum distance above the plane of the pole faces. As a result, sticking of the hinged armature 10 to the iron core 14 is avoided by means of a very small air gap, with the result that the switching speed of the electromagnetic valve is further increased.
Dieser kleine Luftspalt ist nur dadurch mit der geforderten geringen elektrischen Leistungsaufnahme vereinbar, daß infolge der erfindungsgemäßen Konstruktion und einer exakten Fertigung Polflächen, Kippachse und der Klappanker sehr eben sind und plan ohne Verbiegung aufeinander liegen.This small air gap is only due to the required low electrical power consumption compatible that as a result the construction according to the invention and an exact manufacture Pole surfaces, tilt axis and the hinged anchor are very flat and lie flat on each other without bending.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei im Gegensatz zu der in Fig. 1 darge stellten Ausführungsform der Eisenkern 14a, 14b des Elektro magneten 12 mehrteilig ist, wodurch eine Plazierung der Spule 16 außerhalb des Gehäuses ohne Verbindung zur Fluidkammer 18 möglich ist. Diese Anordnung erlaubt in einfacher Weise die elektrische Kontaktierung der Spule und ermöglicht eine konstruktiv freiere Geometrie der Polflächen 28. Die Kippachse 32 wird in diesem Beispiel durch eine Kante der Polflächen des Elektromagneten 12 selbst gebildet und kann dadurch nicht außerhalb der Ebene der Polflächen 28 liegen.A second embodiment of the invention is shown in Fig. 2, wherein in contrast to the illustrated in Fig. 1 Darge embodiment of the iron core 14 a, 14 b of the electromagnet 12 is in several parts, thereby placing the coil 16 outside the housing without connection to Fluid chamber 18 is possible. This arrangement allows electrical contacting of the coil in a simple manner and enables a structurally freer geometry of the pole faces 28. In this example, the tilt axis 32 is formed by an edge of the pole faces of the electromagnet 12 itself and therefore cannot lie outside the plane of the pole faces 28 .
Die Funktionsweise des elektromagnetischen Ventils nach dieser zweiten Ausführungsform entspricht im weiteren der des Ausfüh rungsbeispiels nach Fig. 1.The operation of the electromagnetic valve according to this second embodiment corresponds further to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawing as well features of the invention disclosed in the claims both individually and in any combination for the Realization of the invention may be essential.
1010th
Klappanker
Folding anchor
1212th
Elektromagnet
Electromagnet
1414
Eisenkern
Iron core
1414
aEisenelement
aIron element
1414
bEisenelement
iron element
1616
Spule
Kitchen sink
1818th
Fluidkammer
Fluid chamber
2020th
Gehäuse
casing
2222
Fluideinlaßkanal
Fluid inlet channel
2424th
Fluidauslaßkanal
Fluid outlet channel
2626
Fluidauslaßkanal
Fluid outlet channel
2828
Polflächen
Pole faces
3030th
Mündungsöffnung
Mouth opening
3232
Kippachse
Tilt axis
3434
Federelement
Spring element
3636
Mechanische Führung des Klappankers
Mechanical guidance of the hinged anchor
3838
Runddichtung
O-Ring
4040
Gehäusetrennfläche
Housing partition
Claims (12)
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